JPH0829122A - 変位測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定光を真空状態で保持するベローズの伸縮に
よる移動体の移動への悪影響をなくし、また基台の収縮
張による変位測定への影響を小さくして変位測定を高精
度で行う。 【構成】レーザ装置１７からのレーザ光は干渉計２８で
測定光２０と参照光２６に２分され、測定光２０は内部
が真空状態でパルスモータ５６及びボールネジ６０によ
って移動されるスライダ４６に取付けられたベローズ４
０内で、パルスモータ１２及びボールネジ１５により移
動されるスライダ８の測長用ミラー１８と干渉計２８間
を２往復し、参照光２６はベローズ４０の収縮限界に対
応する位置に固定した各参照用キューブコーナ６２，６
４と干渉計２８間を内部が真空状態の参照光用チャンバ
部６６，６８内で往復する。干渉計２８に戻った測定光
２０と参照光２６は干渉してスライダ８の変位量に応じ
た干渉縞を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を測定光及
び参照光に２分して夫々異なる光路を経させてから干渉
させることにより移動体の変位量を高精度に測定する変
位測定器に関し、特に測定光及び参照光を真空中で伝搬
させて高精度な測定を行う変位測定器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】大気中で移動する移動体の変位を真空中
を伝搬するレーザ光を使用して高精度に測定する従来の
変位測定器としては、例えば「DESIGN AND CONSTRUCTIO
N OF ALARGE VERTICAL-AXIS DIAMOND TURNING MACHIN
E」(R.R.Donaldson,S.R.Patterson，SPIE's 27th Ann.
Int. Tech. Symp. Instrum. Display, Aug. 21-26,198
3)に記載されたものがある。

【０００３】この従来例は、図８に示すように、水平な
上面を有する基台２上に、左右方向に延設された案内レ
ール４とこれに摺動自在に案内されボールねじ等の直線
駆動機構によって移動される移動体としてのスライダ８
とで構成されるリニアガイド１０が配設されていると共
に、スライダ８の変位量を測定する変位測定器２００が
配設されている。

【０００４】変位測定器２００は、レーザ装置１７と、
スライダ８にその移動方向と反射面が直交して固定配置
された測定用ミラー１８と、レーザ装置１７から発せら
れるレーザ光を測定光２１及び参照光２６に分離して測
定光２１については移動スライダ８の移動方向と平行に
測定用ミラー１８へ出射すると共にその反射光を入射さ
せ、参照光２６については測定光２１と異なる光路を経
させてから両者を干渉させて干渉縞を形成する干渉計２
８と、１／４波長板３０と、干渉計２８から出力される
干渉光を受光して光ビート信号を出力するレシーバ３２
と、干渉計２８及び１／４波長板３０を気密状態に収容
し且つレーザ装置１７側及び反射ミラー１９側に夫々レ
ーザ光を通過させる透孔３４及び３６が形成され、透孔
３４が透光性板３７で閉塞されたチャンバ３８と、この
チャンバ３８の透孔３６とスライダ８の測定用ミラー１
８と近接してスライダ８に固定した支持片８０との間に
張設された測定光２１の通路を構成するベローズ４０と
を備えている。支持片８０には測定光２１を透過する透
孔８１が形成されていると共に、この透孔８１がその測
定用ミラー１８側で透光性板８２で閉塞されている。そ
して、チャンバ３８及びベローズ４０の内部が真空状態
に維持されて、測定光２１及び参照光２６が真空中を伝
搬するように構成されている。

【０００５】前記干渉計２８は、レーザ装置１７からの
レーザ光を透過及び反射させて異なる偏向面を有する測
定光２０と参照光２６に分離して異なる光路を経させて
から測定光２０と参照光２６とを干渉させて干渉縞を形
成するビームスプリッタ１１０と、このビームスプリッ
タ１１０から出射するレーザ光を異なる光路の平行光と
し反射させてビームスプリッタ１１０に戻すキューブコ
ーナ３５，３７とを備えている。

【０００６】前記レシーバ３２には、レシーバ３２から
の光ビート信号を受けて計測される干渉縞の変化数から
スライダ８の変位量を測定する測定回路１２０が接続さ
れている。上記構成の従来例においては、案内レール４
に沿ってスライダ８を移動させるとこのスライダ８の移
動と共にベローズ４０が伸縮して、測定光２１が透光性
板８２と測定用ミラー１８間の僅少な部分である空気中
伝搬長さｄ以外のほぼ全光路において真空中を伝搬する
ことになる。そして、このスライダ８の変位量が次のよ
うに測定される。

【０００７】レーザ装置１７から発せられるレーザ光の
うちビームスプリッタ１１０を透過した測定光２１は、
１／４波長板３０を通り、次いでベローズ４０内を通っ
て透光性板８２から大気中に出射されて測定用ミラー１
８で反射され、再度ベローズ４０内を通って１／４波長
板３０を通り偏向面が９０度回転されるので測定光２１
はビームスプリッタ１１０の偏向面で反射されてキュー
ブコーナ３５に向かい、これによって反射されて再度ビ
ームスプリッタ１１０に向かい、その偏向面で反射され
て１／４波長板３０を介して再度測定用ミラー１８で反
射されて１／４波長板３０を介してビームスプリッタ１
１０を透過する。

【０００８】一方、レーザ装置１７からのレーザ光でビ
ームスプリッタ１１０の偏向面で反射された参照光２６
はキューブコーナ３７に向かいこれによって反射されて
ビームスプリッタ１１０に戻り、この参照光２６とビー
ムスプリッタ１１０を透過する前記測定光２１とがビー
ムスプリッタ１１０の偏向面で干渉して干渉縞が形成さ
れる。この干渉縞による光ビート信号がレシーバ３２で
検出され測定回路１２０によりスライダ８の移動に応じ
た干渉縞の変化数が計数し、その計数値にレーザ光の波
長を乗じてスライダ８の変位量を測定する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の変位測定器にあっては、ベローズ４０の一端が支持
片８０を介してスライダ８に固定されているため、内部
が真空状態のベローズ４０に外気圧との気圧差の関係か
ら生ずる推力や、或いはベローズ４０の伸縮時に起こる
ベローズ４０のバネ力がスライダ８の移動に作用して移
動スライダ８を目標位置に定置することが困難となると
いう未解決の課題がある。また、測定光２１の真空中の
伝搬路を確保するためにベローズ４０を適用している関
係で、ベローズ４０のこれ以上収縮できない収縮不可能
領域Ａが生じ、この領域Ａでは測定ができないため、こ
の収縮不可能領域Ａを除いた領域を測定領域とせざるを
得ず、この収縮不可能領域Ａを含んで移動体の変位量を
測定することになり、例えば基台２が熱収縮したときの
収縮不可能領域Ａの収縮量がスライダ８の変位量に影響
を与えて測定精度が低下するという未解決の課題もあ
る。

【００１０】そこで、本発明は、上記未解決の課題に着
目してなされたものであり、移動体の移動がベローズの
伸縮によって影響を受けず、また、ベローズの収縮不可
能領域の存在にかかわらず移動体の変位量を正確に測定
することができる変位測定器を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる変位測定器は、レーザ装置から出射
されるレーザ光を互いに９０度異なる偏向面を有する測
定光と参照光に分離して、基台上を所定の移動手段によ
り移動する移動体に配設される測長用反射手段との間を
複数回往復した前記測定光と該測定光とは異なる光路を
経由した前記参照光とが干渉して干渉縞を形成する干渉
計と、該干渉計の干渉縞を測定して移動体の変位量を計
測する測定手段と、前記移動体の移動に応じて伸縮し且
つ前記干渉計と前記測長用反射手段との間を真空状態に
維持して前記測定光を伝搬させる測定光用伝搬路とを有
する変位測定器において、前記測定光用伝搬路の収縮不
可能領域における移動体側端部に対応して前記基台に固
定された参照光用反射手段と、前記干渉計と前記参照光
用反射手段との間を真空状態に維持して前記参照光を伝
搬させる参照光用伝搬路と、前記測定光用伝搬路を前記
移動手段の移動とは独立して伸縮駆動する駆動手段とを
備えたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明においては、レーザ装置から出射される
レーザ光は干渉計で互いに９０度異なる偏向面を有する
測定光と参照光とに分離される。測定光は、移動体を移
動させる所定の移動手段とは独立した駆動手段により移
動体の移動に応じて伸縮駆動する内部が真空状態の測定
光用伝搬路内を通り、移動体に配設された測長用反射手
段と干渉計との間を複数回往復する。参照光は、内部が
真空状態の参照光用伝搬路内で測定光用伝搬路における
ベローズの収縮不可能領域の移動体側端部に対応して基
台に固定された参照光用反射手段と干渉計との間の真空
状態に維持された参照光用伝搬路内を往復する。互いに
異なる光路を経由した測定光と参照光とは干渉計で干渉
して干渉縞を形成する。測定手段により前記干渉縞が測
定されて移動体の変位量が計測される。

【００１３】ここで、参照光用反射手段が測定光用伝搬
路の収縮不可能領域における移動体側端部に対応した位
置に固定されているので、基台の熱収縮によってこの収
縮不可能領域の長さが変化してもこの部分の測定光の光
路長と参照光の光路長とは等しいため、収縮不可能領域
部分の変化は移動体の変位量測定に影響を与えない。ま
た、測定光用伝搬路の伸縮駆動は移動体の移動とは独立
して行われるので、移動体の移動は測定光用伝搬路の伸
縮駆動によって影響されることがなく、内部が真空状態
である測定光用伝搬路の推力も受けることがない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例を示す概略構成図で
ある。同図において、基台２の水平な上面には左右方向
に延設された案内レール４とこれに摺動自在に係合する
移動体としてのスライダ８とで構成されたリニアガイド
１０が配設されている。ここで、スライダ８は、案内レ
ール４の上面に形成された凹溝９内に回転自在に配設さ
れ且つ一端がパルスモータ１２の回転軸に連結されて正
逆転駆動されるねじ軸１３と、スライダ８に固定され且
つねじ軸１３に螺合するボールナット１４とから構成さ
れる移動手段としてのボールネジ１５によって左右方向
に移動される。

【００１５】また、基台２の水平な上面には、スライダ
８の変位量を測定する変位測定器２０が配設されてい
る。この変位測定器２０は、レーザ装置１７と、スライ
ダ８の後側面にその移動方向と反射面が直交する方向に
固定支持された測定用反射手段としての測定用ミラー１
８と、レーザ装置１７から出射されるレーザ光を互いに
９０度異なる偏向面を有する測定光２１と参照光２６と
に２分して測定光２１についてはスライダ８の移動方向
と平行に測定用ミラー１８へ出射すると共にその反射光
を入射させ、参照光２６については測定光２１と異なる
光路を経させてから両者を干渉させて干渉縞を形成する
干渉計２８と、１／４波長板３０と、干渉計２８から出
力される干渉光を受光して光ビート信号を出力するレシ
ーバ３２と、干渉計２８及び１／４波長板３０を真空状
態に収容し且つレーザ装置１７側及び測定用ミラー１８
側に夫々レーザ光を通過させる透孔３４及び３６が形成
され、透孔３４が透光性板３７で閉塞されたチャンバ３
８と、干渉計２８及び測定用ミラー１８間を往復する測
定光２１を真空状態で伝搬させ且つ伸縮自在の測定光用
伝搬路を構成するベローズ４０と、このベローズ４０の
自由端をスライダ８の移動に追従して伸縮させる直線移
動機構４２と、ベローズ４０の収縮限界位置近傍におけ
る前後両側の基台２上に固定配置された干渉計２８から
出射される参照光２６を反射して干渉計２８へ戻す参照
光用反射手段としての一対の参照光用キューブコーナ６
２，６４と、チャンバ３８に連通されると共に、参照光
用キューブコーナ６２，６４を収容して干渉計２８及び
参照光用キューブコーナ６２，６４間を往復する参照光
２６を真空状態で伝搬させる参照光伝搬路としての一対
の参照光用チャンバ部６６，６８とを備えている。

【００１６】ここで、測定用ミラー１８は、前述した従
来例と同様にスライダ８の後側面に後方に突出延長して
配設された支持片１９にその反射面を干渉計２８から出
射される測定光２１の光軸と直交して固定されている。
また、直線移動機構４２は、基台２上のリニアガイド１
０の案内レール４と測定用ミラー１８を挟んで対向する
位置に案内レール４と平行に配設された案内レール４４
と、この案内レール４４に係合されて左右方向に摺動自
在のスライダ４６とで構成されたリニアガイド４７と、
そのスライダ４６の前側面に前方に突出延長し測定用ミ
ラー１８と対向する位置に干渉計２８からの測定光及び
その測定用ミラー１８での反射光を透過する透孔４８が
形成されていると共に、この透孔４８を測定用ミラー１
８側で閉塞する透光性板５０を備えた支持片５２とで構
成され、支持片５２の透光性板５０とは反対側の透孔４
８の回りにベローズ４０の自由端が気密状態で固着され
ている。そして、スライダ４６が案内レール４４の上面
に形成した凹溝５４内に回転自在に配設され一端がパル
スモータ５６の回転軸に連結されて正逆転駆動されるネ
ジ軸５７と、このネジ軸５７に螺合し、且つスライダ４
６の下面に固定されたボールナット５８とで構成される
ボールネジ６０によって左右方向に移動され、パルスモ
ータ５６が後述する駆動回路１４１に回転駆動されるこ
とにより、スライダ８の移動に同期して測定用ミラー１
８と透光性板５０との間隔ｄを一定に保った状態で移動
制御される。ここで、ボールネジ６０は前述したリニア
ガイド１０を駆動するボールネジ１５とピッチが同一に
設定されている。

【００１７】また、チャンバ３８内には、干渉計２８か
ら出射される参照光２６を参照光用キューブコーナ６
２，６４に及びその逆に案内する直角プリズム７０，７
２及び７４，７６がベローズ４０の中心軸を挟んで線対
称に配設され、直角プリズム７２及び７６と参照光用キ
ューブコーナ６２及び６４との間を伝搬する参照光２６
の光路が、干渉計２８と測定用ミラー１８間を往復伝搬
する測定光２１の光路と平行となる。

【００１８】次に、上記変位測定器２０の光学系を図２
を用いて詳細に説明する。干渉計２８は、レーザ装置１
７からのレーザ光を透過及び反射させて偏向面が紙面に
対して垂直なＰ波を透過させて測定光２１とし、偏向面
が紙面に対して水平なＳ波を反射して参照光２６として
分離するビームスプリッタ１１０と、このビームスプリ
ッタ１１０から出射される測定光２１又は参照光２６を
異なる光路の平行光としてビームスプリッタ１１０に戻
すキューブコーナ１１２と、ビームスプリッタ１１０か
ら出射される参照光２６を前記直角プリズム７０又は７
４に入射するように反射させる直角プリズム１１４，１
１６，１１８とが内蔵されている。

【００１９】ここで、直角プリズム１１４は前記直角プ
リズム７０よりもベローズ４０側に近づけて配設され、
ビームスプリッタ１１０からの参照光２６を最初に反射
させる直角プリズム１１６の入射面は直角プリズム７０
と１１４の各入射面を合わせたものよりも広く形成され
ている。直角プリズム１１４と１１８は、ベローズ４０
の中心軸の延長線に対して直交する一直線上に配置さ
れ、直角プリズム１１８と７４はベローズ４１の中心軸
と平行な直線上に配置され、直角プリズム１１８と７４
間を通る参照光２６の光路が、干渉計２８と測長用ミラ
ー１９間を通る測定光２１の光路と平行となるよう配設
されている。

【００２０】この光学系のレーザ光の動作を説明する。
レーザ装置１７から出射されるレーザ光がビームスプリ
ッタ１１０に入射すると、このビームスプリッタ１１０
でレーザ光は偏向面が垂直な測定光２０と偏向面が水平
な参照光２６とに分離する。すなわち、ビームスプリッ
タ１１０を透過した測定光２１は矢示Ｓ１で示すよう
に、測定用ミラー１８に向かい、ビームスプリッタ１１
０で反射された参照光２６は矢示Ｕ１で示すように、直
角プリズム１１６に向かう。

【００２１】そして、ビームスプリッタ１１０から出射
された測定光２１は、１／４波長板３０を介してスライ
ダ８に配設された測長用ミラー１８で反射されて矢示Ｓ
２で示すように、再度１／４波長板３０を介してビーム
スプリッタ１１０に戻る。このとき、測定光２１は１／
４波長板３０を２度通過することによりその偏向面が水
平面となるので、ビームスプリッタ１１０で反射して矢
示Ｓ３で示すように、キューブコーナ１１２に入射す
る。測定光２１は、キューブコーナ１１２で反射されて
異なる光路の平行光として矢示Ｓ４で示すようにビーム
スプリッタ１１０に戻り、ビームスプリッタ１１０の偏
向面で反射されて矢示Ｓ５で示すように１／４波長板３
０を介して再度測長用ミラー１８に向かい、測定用ミラ
ー１８で反射され、矢示Ｓ６で示すように１／４波長板
３０を介してビームスプリッタ１１０に戻る。このと
き、測定光２０は１／４波長板３０を２度通過すること
により偏向面が垂直面に戻されるのでビームスプリッタ
１１０を透過する。

【００２２】一方、ビームスプリッタ１１０で反射され
た参照光２６は、直角プリズム１１６で反射して１／４
波長板３０を介して直角プリズム７０に入射し、直角プ
リズム７２で反射されて、矢示Ｕ２で示すように参照用
キューブコーナ６２に入射し、参照用キューブコーナ６
２によって異なる光路の平行光として反射されて矢示Ｕ
３で示すように直角プリズム７２に戻されて直角プリズ
ム７２及び７０で反射され１／４波長板３０を介して直
角プリズム１１６に入射して、矢示Ｕ４で示すように直
角プリズム１１６で反射されビームスプリッタ１１０に
戻る。このとき、参照光２６は１／４波長板３０を２度
通過することにより、その偏向面が垂直面にされるの
で、ビームスプリッタ１１０を透過してキューブコーナ
１１２にて反射され矢示Ｕ５で示すように再度ビームス
プリッタ１１０を透過して、直角プリズム１１６，１１
４，１１８で順に反射され１／４波長板３０を介して矢
示Ｕ６で示すように直角プリズム７４に入射する。

【００２３】そして、参照光２６は直角プリズム７４と
７６で反射され参照用キューブコーナ６４で反射されて
矢示Ｕ７で示すように異なる光路の平行光として直角プ
リズム７６に戻される。この直角プリズム７６で反射さ
れた参照光２６は、直角プリズム７４で反射され、１／
４波長板３０を介して直角プリズム１１８に入射し、直
角プリズム１１８，１１４，１１６と順に反射されビー
ムスプリッタ１１０に入射する。このとき、参照光２６
は再度１／４波長板３０を２度通過することによって偏
向面が水平面に戻されるのでビームスプリッタ１１０で
反射され、この参照光２６と前記ビームスプリッタ１１
０を透過する測定光２０とがビームスプリッタ１１０の
偏向面で干渉するので干渉縞が形成される。この干渉縞
による光ビート信号がレシーバ３２から出力される。

【００２４】そして、レシーバ３２の変位を表す出力信
号が変位測定兼制御装置１３０に入力される。この変位
測定兼制御装置１３０は、図３に示すように、レシーバ
３２の出力信号を波形整形してパルスを出力する波形整
形回路１３２と、この波形整形回路１３２の出力パルス
を可逆カウントすると共に、後述するマイクロコンピュ
ータ１３６からのクリア信号ＣＬによってカウント値を
クリアするディジタル型のアップダウンカウンタ１３４
と、スライダ８及び３６の制御原点を個別に検出する例
えば反射形光電センサで構成される原点センサ１３５，
１３６と、アップダウンカウンタ１３４のディジタルカ
ウント値及び原点センサ１３５，１３６のスイッチ信号
が夫々入力されるマイクロコンピュータ１３７と、この
マイクロコンピュータ１３７から出力されるスライダ８
の移動位置情報を表示するディスプレイ１３８と、マイ
クロコンピュータ１３６から出力されるモータ駆動指令
値が入力され、これに基づいて各パルスモータ１２及び
５６を駆動する駆動パルスを出力する駆動回路１４０及
び１４１とを備えている。

【００２５】ここで、原点センサ１３５及び１３６は、
図１に示すように、案内レール４及び４４に形成された
反射板とこれに対向して配置された反射形光電センサと
で構成され、反射板と光電センサとの間にスライダ８及
び４６が存在しないときにオン状態、スライダ８及び４
６が存在するときにオフ状態となる原点検出信号ＯＳ１
及びＯＳ２を出力し、原点センサ１３５に対して原点セ
ンサ１３６が測定用ミラー１８と透光性板５０との間に
微小間隔ｄを維持するように左側にずれて配設されてい
る。

【００２６】マイクロコンピュータ１３７は、図示しな
いが、入出力インタフェース回路、演算処理装置、記憶
装置を含んで構成され、先ずスライダ８の位置制御を行
う図４に示すメインプログラムにおける初期状態で、ス
ライダ８及び４６の制御原点補正を行った後、このメイ
ンプログラムで決定されるスライダ８の移動目標位置Ｌ
_T に従って図５の処理を実行してアップダウンカウンタ
１３４のカウント値に基づいてスライダ８の現在位置Ｌ
_P を算出し、この現在位置Ｌ_P と移動目標位置Ｌ_T との
偏差ΔＬに応じてパルスモータ１２及び５６を駆動して
スライダ８を移動目標位置Ｌ_T に正確に位置決め制御す
る。

【００２７】次に、上記実施例の動作をマイクロコンピ
ュータの処理手順を示す図４及び図５のフローチャート
を伴って説明する。図４の位置制御処理は、メインプロ
グラムとして実行され、電源が投入されたときに、先
ず、ステップＳ１で原点センサ１３６の原点検出信号Ｏ
Ｓ２を読込み、次いでステップＳ２に移行して読込んだ
原点検出信号ＯＳ２がオフ状態であるか否かを判定す
る。この判定は、スライダ４６が予め設定した制御原点
に存在するか否かを判定するものであり、原点検出信号
ＯＳ２がオン状態であるときには、スライダ４６が制御
原点より右側に存在するものと判断してステップＳ２に
移行し、パルスモータ５６を反時計方向に回転させる１
パルスのモータ逆転パルス信号ＣＣＷ２を駆動回路１４
１に出力してから前記ステップＳ２に戻り、原点検出信
号ＯＳ２がオフ状態であるときには、原点センサ１３６
の位置にスライダ４６の左端部が存在して制御原点位置
にあるものと判断してそのままステップＳ４に移行す
る。

【００２８】このステップＳ４では、原点センサ１３５
の原点検出信号ＯＳ１を読込み、次いでステップＳ５に
移行して読込んだ原点検出信号ＯＳ１がオフ状態である
か否かを判定する。この判定は、スライダ８が予め設定
した制御原点に存在するか否かを判定するものであり、
原点検出信号ＯＳ１がオン状態であるときには、スライ
ダ８が制御原点より右側に存在するものと判断してステ
ップＳ６に移行し、パルスモータ１２を反時計方向に回
転させる１パルスのモータ逆転パルス信号ＣＣＷ１を駆
動回路１４０に出力してから前記ステップＳ５に戻り、
原点検出信号ＯＳ１がオフ状態であるときには、原点セ
ンサ１３５の位置にスライダ８の左端部が存在して制御
原点位置にあるものと判断してそのままステップＳ７に
移行する。

【００２９】このステップＳ７では、スライダ８及び４
６が共に制御原点にあるものと判断して、アップダウン
カウンタ１３４に対してクリア信号ＣＬを送出してから
ステップＳ８に移行する。このステップＳ８では、予め
設定された所定の移動位置制御処理を実行して、逐次ス
ライダ８の移動目標距離Ｌ_T を決定し、これを記憶装置
の所定記憶領域に逐次更新記憶し、次いでステップＳ９
に移行して位置制御を終了するか否かを判定し、位置制
御を継続する場合には、ステップＳ８に戻り、位置制御
を終了する場合には、そのまま処理を終了する。

【００３０】また、図５の移動位置測定及び駆動制御処
理は、所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込
処理として実行され、先ず、ステップＳ１１で、アップ
ダウンカウンタ１３４のカウント値Ｎを読込み、次いで
ステップＳ１２に移行して、カウント値Ｎ、レーザ光の
波長λ、測定用ミラー１８近傍で測定光が大気中を伝搬
する微小距離Δに基づいて下記（１）式の演算を行っ
て、スライダ８の現在の制御原点からの絶対移動距離Ｌ
_P を算出する。

【００３１】 Ｌ_P ＝Ｎ×λ−Δ（ｎ_n −１） …………（１） ここで、ｎ_n は大気中の屈折率である。この（１）式で
レーザ光が大気中の微小距離Δを伝搬することによる光
路長差ΔＸを補正することができる理由は、以下の通り
である。すなわち、光路長差ΔＸは、 ΔＸ＝Δ・ｎ_n −Δ・ｎ₀ ＝Δ（ｎ_n −ｎ₀ ） …………（２） で表すことができる。

【００３２】この（２）式において、真空中の屈折率ｎ
₀ は“１”であるので、光路長差ΔＸは、 ΔＸ＝Δ（ｎ_n −１） …………（３） となり、この光路長差ΔＸで距離Ｎ・λを補正すること
により、絶対移動距離Ｌ _P を算出することができる。

【００３３】次いで、ステップＳ１３に移行して、記憶
装置の所定記憶領域に格納されている移動目標距離Ｌ_T
を読込み、次いでステップＳ１４に移行して、移動目標
距離Ｌ_T から現在の移動距離Ｌ_P を減算して両者の偏差
ΔＬ（＝Ｌ_T −Ｌ_P ）を算出してからステップＳ１５に
移行する。このステップＳ１５では、偏差ΔＬが“０”
であるか否かを判定し、ΔＬ＝０であるときには、ステ
ップＳ１６に移行して、駆動回路１４０，１４１へのモ
ータ正逆転信号ＣＷ１，ＣＷ２，ＣＣＷ１，ＣＣＷ２の
出力を停止してからタイマ割込処理を終了してメインプ
ログラムに復帰し、ΔＬ≠０であるときには、ステップ
Ｓ１７に移行して、偏差ΔＬが正であるか否かを判定
し、ΔＬ＞０であるときには、スライダ８が移動目標距
離Ｌ_T より左側にあるものと判断して、ステップＳ１８
に移行して、アップダウンカウンタ１３４に対してアッ
プカウント指令信号ＣＳ_U を出力し、次いでステップＳ
１９に移行して駆動回路１４０に対してパルスモータ１
２及び５６を正転させる１パルスのモータ正転パルス信
号ＣＷ１及びＣＷ２を出力してからタイマ割込処理を終
了してメインプログラムに復帰し、ΔＬ＜０であるとき
には、スライダ８が移動目標距離Ｌ_T より右側にあるも
のと判断して、ステップＳ２０に移行して、アップダウ
ンカウンタ１３４に対してダウンカウント指令信号ＣＳ
_D を出力し、次いでステップＳ２１に移行して駆動回路
１４０に対してパルスモータ１２及び５６を逆転させる
１パルスのモータ逆転パルス信号ＣＣＷ１及びＣＣＷ２
を出力してからタイマ割込処理を終了する。

【００３４】したがって、今、変位測定兼制御装置１３
０に電源が投入されておらず、パルスモータ１２及び５
６が停止状態にあるものとすると、この停止状態から変
位測定兼制御装置１３０に電源が投入されると、先ず、
マイクロコンピュータ１３７で図４のメインプログラム
が起動され、これによってステップＳ１〜ステップＳ７
の初期化処理が行われる。

【００３５】すなわち、先ず、スライダ４６が予め設定
された所定の制御原点にあるか否かを原点センサ１３６
の原点検出信号ＯＳ２がオフ状態であるか否かによって
判定し（ステップＳ２）、原点検出信号ＯＳ２がオン状
態であるときには、スライダ４６が制御原点より右側に
あると判断してモータ駆動回路１４１に１パルスのモー
タ逆転信号ＣＣＷ２を出力することにより（ステップＳ
３）、パルスモータ５６を逆転駆動してスライダ４６を
左方に移動させ、この状態をスライダ４６の左端面が原
点センサ１３６に到達して、原点検出信号ＯＳ２がオフ
状態となるまで継続し、原点検出信号ＯＳ２がオフ状態
となってスライダ４６が制御原点に達すると、次にスラ
イダ８について同様の原点補正処理（ステップＳ４〜Ｓ
６）を行い、原点補正が完了すると、アップダウンカウ
ンタ１３４に対してクリア信号ＣＬを送出してアップダ
ウンカウンタ１３４のカウント値Ｎを“０”にクリアす
る（ステップＳ７）。

【００３６】次いで、予め設定された移動位置制御処理
を実行して、スライダ８の移動目標距離Ｌ_T を順次決定
し、決定した移動目標距離Ｌ_T を記憶装置の所定記憶領
域に更新記憶し、この処理を位置制御処理を終了するま
で繰り返す。一方、所定時間毎に、図５のタイマ割込処
理が実行されることにより、アップダウンカウンタ１３
４のカウント値Ｎに基づいて現在の制御原点からの絶対
移動距離Ｌ_P が算出される。このとき、移動目標距離Ｌ
_T が“０”であるものとすると、スライダ８がまだ制御
原点にあって、移動距離Ｌ_P は“０”を維持しているの
で、偏差ΔＬも“０”となり、ステップＳ１６に移行し
てモータ正転パルス信号ＣＷ１，ＣＷ２及びモータ逆転
パルス信号ＣＣＷ１，ＣＣＷ２が共にモータ駆動回路１
４０及び１４１に出力されず、パルスモータ１２及び５
６は停止状態にある。

【００３７】この停止状態から、図４のメインプログラ
ムにおけるステップＳ８の移動位置制御処理で、“０”
以外のスライダ８の移動目標距離Ｌ_T が設定されると、
図５のタイマ割込処理が実行されたときに、未だパルス
モータ１２及び５６が回転駆動されていないことによ
り、アップダウンカウンタ１３４のカウント値Ｎが
“０”を維持するため、ステップＳ１４で算出される偏
差ΔＬが正の値となり、ステップＳ１５，Ｓ１７を経て
ステップＳ１８に移行することにより、アップダウンカ
ウンタ１３４に対してアップカウント指令信号ＣＳ_U が
出力され、次いで１パルスのモータ正転パルス信号ＣＷ
１及びＣＷ２が駆動回路１４０及び１４１に出力され、
これに応じてパルスモータ１２及び５６が１パルス分正
転駆動されて、スライダ８及び４６が右方向に移動され
る。そして、上記正転駆動処理がステップＳ１４で算出
される偏差ΔＬが“０”となるまで継続される。

【００３８】このように、スライダ８が右方向に移動さ
れると、その移動に応じて、測定用ミラー１８が右方向
に移動することになるため、変位測定器２０の干渉計２
８から出力される測定光２１の光路長が変更され、この
干渉計２８内で測定光２１と参照光２６とが干渉するこ
とにより干渉縞が形成され、これがレシーバ３２で受光
されて、このレシーバ３２から光ビート信号が変位測定
兼制御装置１３０の波形整形回路１３２に供給されてパ
ルス信号に変換され、このパルス信号がアップダウンカ
ウンタ１３４に供給されることにより、このアップダウ
ンカウンタ１３４のカウント値がカウントアップされ
る。

【００３９】したがって、マイクロコンピュータ１３７
で図５の処理を実行したときに、ステップＳ１２でアッ
プダウンカウンタ１３４のカウント値Ｎに基づいてスラ
イダ８の移動に伴う制御原点からの絶対移動距離Ｌ_P が
逐次算出され、これと移動目標距離Ｌ_T との偏差ΔＬが
零となるまでパルスモータ１２及び５６が回転駆動され
る。このとき、パルスモータ１２及び５６に出力される
正転パルス信号ＣＷ１及びＣＷ２は１パルスづつであ
り、スライダ８及び４６を駆動するボールネジ１５及び
６０が同一構成であることにより、測定用ミラー１８を
保持しているスライダ８の移動とベローズ４０の先端を
保持しているスライダ４６の移動とが同一方向に同期し
て行われ、これによって測定用ミラー１８と透光性板５
０との間隔即ち測定光２１が空気中を伝搬する距離ｄは
殆ど変化することはなく、移動距離の算出に影響を与え
ることを防止することができる。

【００４０】また、ベローズ４０の先端が、測定用ミラ
ー１８を保持したスライダ８とは異なるスライダ４６に
保持されているので、スライダ８については、その移動
時に何ら負荷が生じることはなく、正確な移動を確保す
ることができ、位置決め精度を向上させることができ
る。さらに、ベローズ４０の収縮限界位置近傍に参照光
２６を反射する参照光用キューブコーナ６２，６４が配
設され、これによってベローズ４０の収縮不可能領域に
対応して測定光２１の往復数に応じた参照光２６の光路
が形成されているので、この収縮不可能領域の基台２に
雰囲気温度による熱収縮が生じたとしても、この熱収縮
分が測定光２１及び参照光２６の双方の光路長に均等に
影響することにより、ベローズ４０の収縮不可能領域の
基台２の熱収縮が移動体の変位量の測定に影響を与える
ことを確実に阻止することができ、移動体の変位量を高
精度で測定することができる。

【００４１】また、図４の移動位置制御処理で算出され
る移動目標距離Ｌ_T が現在移動距離Ｌ_P より短い場合に
は、図５の処理が実行されたときに、現在移動距離Ｌ_P
及び移動目標距離Ｌ_T の偏差ΔＬが負となるので、ステ
ップＳ１７からステップＳ２０に移行して、アップダウ
ンカウンタ１３４にダウンカウント指令信号ＣＳ_D を出
力し、次いでステップＳ２１で１パルスのモータ逆転パ
ルス信号ＣＣＷ１及びＣＣＷ２を駆動回路１４０及び１
４１に出力し、これによってパルスモータ１２及び５６
を逆転駆動して、スライダ８及び４６を左方向に移動さ
せる。

【００４２】このように、スライダ８が左方向に移動す
る状態となると、その移動に応じたレシーバ３２から光
ビート信号が出力され、これが波形整形回路１３２でパ
ルスに変換されてアップダウンカウンタ１３４にカウン
トパルスとして供給されるので、このアップダウンカウ
ンタ１３４のカウント値Ｎがダウンカウントされ、この
カウント値Ｎに基づいて算出される現在移動距離Ｌ_P が
減少される。

【００４３】そして、逆転制御処理が現在移動距離Ｌ_P
が移動目標距離Ｌ_T に一致するまで継続される。次に、
本発明の第２実施例を図６について説明する。この第２
実施例は、測定光２１の空気中における伝搬距離ｄを正
確に制御するようにしたものであり、図６に示すよう
に、スライダ４６に設けた支持片５２の先端部に、これ
とスライダ８に設けた支持片１９との間隔Ｘを測定する
電気マイクロメータ１５０を配設し、この電気マイクロ
メータ１５０の測定値がマイクロコンピュータ１３７に
入力され、このマイクロコンピュータ１３７で測定光の
伝搬距離ｄを一定に制御するようにパルスモータ５６を
制御するようにしたことを除いては上記第１実施例と同
様の構成を有する。

【００４４】ここで、マイクロコンピュータ１３７は、
前述した図５の移動制御処理において、スライダ８を駆
動するパルスモータ１２についてのみ移動制御を行うよ
うにし、スライダ４６を駆動するパルスモータ１２につ
いては図７に示すタイマ割込処理を実行する。このタイ
マ割込処理は、先ず、ステップＳ３０で電気マイクロメ
ータ１５０の測定値Ｘを読込み、次いでステップＳ３１
に移行して、測定値Ｘから予め測定された測定用ミラー
１８及び透光性板５０の板厚ｔを減算して現在の測定光
２１の空気中の伝搬距離ｄ_P を算出し、次いでステップ
Ｓ３２に移行して、算出された伝搬距離ｄ_P と予め設定
された測定光２１の空気中の目標伝搬距離ｄ_T との偏差
Δｄを算出してからステップＳ３３に移行する。

【００４５】このステップＳ３３では、偏差Δｄが
“０”であるか否かを判定し、Δｄ＝０であるときに
は、ステップＳ３４に移行して、駆動回路１４０へのモ
ータ正逆転パルス信号ＣＷ２，ＣＣＷ２の出力を停止し
てからタイマ割込処理を終了してメインプログラムに復
帰し、Δｄ≠０であるときには、ステップＳ３５に移行
して、偏差Δｄが負であるか否かを判定し、Δｄ＜０で
あるときには、支持片５２即ちスライダ４６がスライダ
８に対して離れすぎているものと判断して、ステップＳ
３６に移行して、駆動回路１４１に対してパルスモータ
５６を正転させる１パルスのモータ正転パルス信号ＣＷ
２を出力してからタイマ割込処理を終了してメインプロ
グラムに復帰し、Δｄ＞０であるときには、支持片５２
即ちスライダ４６がスライダ８に対して近づき過ぎてい
るものと判断して、ステップＳ３７に移行して、駆動回
路１４１に対してパルスモータ５６を逆転させる１パル
スのモータ逆転パルス信号ＣＣＷ２を出力してからタイ
マ割込処理を終了する。

【００４６】この第２実施例によると、例えばスライダ
８が右方（又は左方）に移動して、支持片１９及び５２
間の距離Ｘが長く（又は短く）なって、測定光２１の空
気中伝搬距離ｄ_P が目標伝搬距離ｄ_T より長く（又は短
く）なると、これらの偏差Δｄが負（又は正）となるこ
とにより、ステップＳ３５からステップＳ３６（又はス
テップＳ３７）に移行して、モータ駆動回路１４１に１
パルスのモータ正転パルス信号ＣＷ２（又はモータ逆転
パルス信号ＣＣＷ２）が出力されることにより、パルス
モータ５６が正転（又は逆転）駆動され、これによって
スライダ４６が右方（又は左方）に移動され、この処理
が測定された空気中伝搬距離ｄ_P が目標伝搬距離ｄ_T に
一致して両者の偏差Δｄが零となるまで繰り返される。

【００４７】このように、第２実施例によれば、測定光
２１の空気中伝搬距離ｄ_P が目標伝搬距離ｄ_T に一致す
るようにクローズドループ制御されるので、測定光２１
の空気中伝搬距離ｄ_P の変動による変位量の測定誤差を
抑制してより高精度の変位量測定を行うことができる。
なお、上記第１及び第２実施例においては、ベローズ４
０の両側に参照光２６を反射するキューブコーナ６２，
６４を配置した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、何れか一方側にのみ反射ミラー等の
反射手段を設け、これと干渉計２８との間で参照光２６
を２往復させるようにしてもよい。

【００４８】また、上記第１及び第２実施例において
は、測定光２１及び参照光２６を２往復させる場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、３往
復以上往復させるようにしてもよい。さらに、上記第１
及び第２実施例においては、スライダ８及び４６をパル
スモータ１２及び５６で移動制御する場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、パルスモータ
に代えて直流モータを適用し、これをフィードバック制
御するようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る変位
測定器によれば、移動体を移動させる移動手段と測定光
用伝搬路を伸縮駆動する駆動手段とが異なって設けられ
ているので、内部が真空状態の測定光用伝搬路に推力が
生じたり、測定光用伝搬路が移動体に応じて伸縮駆動し
ても移動体の移動には何ら影響しないので移動体の位置
決めを高精度で行うことができ、しかも参照光用反射手
段が測定光用伝搬路の収縮限界に対応する位置に固定さ
れているので、基台の熱収縮によって干渉計と収縮限界
位置間の距離が変化しても、測定光と参照光の光路長も
同時に変化するため、移動体の変位量を高精度で測定す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す変位測定器の概略
構成図である。

【図２】同実施例の光学系を示す説明図である。

【図３】同実施例の変位測定兼制御装置の一例を示すブ
ロック図である。

【図４】同実施例の制御装置での処理手順の一例を示す
フローチャートである。

【図５】同実施例の制御装置での処理手順の一例を示す
フローチャートである。

【図６】本発明の第２の実施例を示す部分詳細図であ
る。

【図７】第２実施例の制御装置での処理手順の一例を示
すフローチャートである。

【図８】変位測定器の従来例を示す概略図である。

【符号の説明】

２ 基台 ４，４４ 案内レール ８ 移動スライダ １０ リニアガイド １２ パルスモータ １５ ボールネジ １７ レーザ装置 １８ 測定用ミラー １９ 支持片 ２１ 測定光 ２６ 参照光 ２８ 干渉計 ３０ １／４波長板 ３２ レシーバ ３８ チャンバ ４０ ベローズ ４６ スライダ ４７ リニアガイド ５６ パルスモータ ６０ ボールネジ ６２，６４ 参照用キューブコーナ １１０ ビームスプリッタ １１２ キューブコーナ １１４，１１６，１１８ 直角プリズム １３０ 変位測定兼制御装置 １３４ アップダウンカウンタ １３７ マイクロコンピュータ １４０，１４１ モータ駆動回路 １５０ 電気マイクロメータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ装置から出射されるレーザ光を互
   いに９０度異なる偏向面を有する測定光と参照光に分離
   して、基台上を所定の移動手段により移動する移動体に
   配設される測長用反射手段との間を複数回往復した前記
   測定光と該測定光とは異なる光路を経由した前記参照光
   とが干渉して干渉縞を形成する干渉計と、該干渉計の干
   渉縞を測定して移動体の変位量を計測する測定手段と、
   前記移動体の移動に応じて伸縮し且つ前記干渉計と前記
   測長用反射手段との間を真空状態に維持して前記測定光
   を伝搬させる測定光用伝搬路とを有する変位測定器にお
   いて、前記測定光用伝搬路の収縮不可能領域における移
   動体側端部に対応して前記基台に固定された参照光用反
   射手段と、前記干渉計と前記参照光用反射手段との間を
   真空状態に維持して前記参照光を伝搬させる参照光用伝
   搬路と、前記測定光用伝搬路を前記移動手段の移動とは
   独立して伸縮駆動する駆動手段とを備えたことを特徴と
   する変位測定器。